VCU功能結(jié)構(gòu)說明

1、VCU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能說明書新能源汽車作為一種綠色的運輸工具在環(huán)保、節(jié)能以及駕駛性能等方面具有諸多內(nèi)燃機汽車無法比擬的優(yōu)點，其是由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的一個復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括電池、電機、制動等動力系統(tǒng)以及其它附件（如圖1所示）。各子系統(tǒng)幾乎都通過自己的控制單元（ECU）來完成各自功能和目標。為了滿足整車動力性、經(jīng)濟性、安全性和舒適性的目標，一方面必須具有智能化的人車交互接口，另一方面，各系統(tǒng)還必須彼此協(xié)作，優(yōu)化匹配，這項任務(wù)需要由控制系統(tǒng)中的整車控制器來完成。基于總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò)是使眾多子系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同控制的理想途徑。由于CAN總線具有造價低廉、傳輸速率高、安全性可靠性高、糾錯能力強和實時性好等優(yōu)點

2、，己廣泛應(yīng)用于中、低價位汽車的實時分布式控制網(wǎng)絡(luò)。隨著越來越多的汽車制造廠家采用CAN協(xié)議，CAN逐漸成為通用標準。采用總線網(wǎng)絡(luò)可大大減少各設(shè)備間的連接信號線束，并提高系統(tǒng)監(jiān)控水平。另外，在不減少其可靠性前提下，可以很方便地增加新的控制單元，拓展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能。圖1 新能源汽車控制系統(tǒng)硬件框架一、整車控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)公司自行設(shè)計開發(fā)的新能源汽車整車控制器包括微控制器、模擬量輸入和輸出、開關(guān)量調(diào)理、繼電器驅(qū)動、高速CAN總線接口、電源等模塊。整車控制器對新能源汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。該整車控制器采集司機駕駛信號，通過CAN總線獲得電機

3、和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進行分析和運算，通過CAN總線給出電機控制和電池管理指令，實現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制。該整車控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能。其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。圖2 整車控制器結(jié)構(gòu)原理圖下面對每個模塊功能進行簡要的說明：1、開關(guān)量調(diào)理模塊開關(guān)量調(diào)理模塊，用于開關(guān)輸入量的電平轉(zhuǎn)換和整型，其一端與多個開關(guān)量傳感器相連，另一端與微控制器相接； 2、繼電器驅(qū)動模塊繼電器驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動多個繼電器，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與多個繼電器相接； 3、高速CAN總線接口模塊高速CAN總線接

4、口模塊，用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離器與微控制器相連，另一端與系統(tǒng)高速CAN總線相接；4、電源模塊電源模塊，可為微處理器和各輸入和輸出模塊提供隔離電源，并對蓄電池電壓進行監(jiān)控，與微控制器相連； 5、模擬量輸入和輸出模塊模擬量輸入和輸出模塊，可采集05V模擬信號，并可輸出04.095V的模擬電壓信號。6、脈沖信號輸入和輸出模塊可采集脈沖信號并調(diào)理，范圍1Hz20KHZ, 幅度6-50V；輸出PWM信號范圍1HZ10KHZ，幅度014V。7、故障和數(shù)據(jù)存儲模塊 鐵電存儲器可以存儲標定的數(shù)據(jù)和故障碼，車輛特征參數(shù)等，容量32K。二、整車控制器功能說明新能源汽車整車控制器基本上以下幾

5、項功能：1. 對汽車行駛控制的功能新能源汽車的動力電機必須按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動或制動扭矩。當駕駛員踩下加速踏板或制動踏板，動力電機要輸出一定的驅(qū)動功率或再生制動功率。踏板開度越大，動力電機的輸出功率越大。因此，整車控制器要合理解釋駕駛員操作；接收整車各子系統(tǒng)的反饋信息，為駕駛員提供決策反饋；對整車各子系統(tǒng)的發(fā)送控制指令，以實現(xiàn)車輛的正常行駛。2. 整車的網(wǎng)絡(luò)化管理在現(xiàn)代汽車中，有眾多電子控制單元和測量儀器，它們之間存在著數(shù)據(jù)交換，如何讓這種數(shù)據(jù)交換快捷、有效、無故障的傳輸成為一個問題，為了解決這個問題，德國BOSCH公司于20世紀80年代研制出了控制器局域網(wǎng)（CAN）。在電動汽車中，電子控制

6、單元比傳統(tǒng)燃油車更多更復(fù)雜，因此，CAN總線的應(yīng)用勢在必行。整車控制器是電動汽車眾多控制器中的一個，是CAN總線中的一個節(jié)點。在整車網(wǎng)絡(luò)管理中，整車控制器是信息控制的中心，負責(zé)信息的組織與傳輸，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的管理以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與處理。3. 制動能量回饋控制新能源汽車以電動機作為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的輸出機構(gòu)。電動機具有回饋制動的性能，此時電動機作為發(fā)電機，利用電動汽車的制動能量發(fā)電，同時將此能量存儲在儲能裝置中，當滿足充電條件時，將能量反充給動力電池組。在這一過程中，整車控制器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度以及動力電池的SOC值來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋，如果可以進行，整車控制器向電

7、機控制器發(fā)出制動指令，回收能部分能量。4. 整車能量管理和優(yōu)化在純電動汽車中，電池除了給動力電機供電以外，還要給電動附件供電，因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負責(zé)整車的能量管理，以提高能量的利用率。在電池的SOC值比較低的時候，整車控制器將對某些電動附件發(fā)出指令，限制電動附件的輸出功率，來增加續(xù)駛里程。5. 車輛狀態(tài)的監(jiān)測和顯示整車控制器應(yīng)該對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并且將各個子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息經(jīng)過顯示儀表顯示出來。顯示內(nèi)容包括：電機的轉(zhuǎn)速、車速，電池的電量，故障信息等。6. 故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進行故障診斷。故障指示燈指示出故障類別和部分故障碼。根據(jù)故障內(nèi)容，及時進行相應(yīng)安全保護處理。對于不太嚴重的故障，能做到低速行駛到附近維修站進行檢修。7. 外接充電管理實現(xiàn)充電的連接，監(jiān)控充電過程，報告充電狀態(tài)，充電結(jié)束。8. 診斷設(shè)備的在線診斷和下線檢測 負責(zé)與外部診斷設(shè)備的連接和診斷通訊，實現(xiàn)診斷服務(wù)，包括數(shù)據(jù)流讀取，故障碼的讀和清除，控制端口的調(diào)試電源模塊主接觸器模擬信號處理光電隔離光電隔離繼電器、接觸器驅(qū)動CAN總線接口 整車儀表節(jié)點 電池管理系統(tǒng) 電機控制器光電隔離 微控制器主、副